vésicularité et taille des vésicules

Une vue de la reconstruction en 3-dimensions de la vésicularité des échantillons est donnée Figure 48 a titre indicatif, afin de faciliter la compréhension des résultats obtenus. Cependant, cette vue étant une projection de la reconstruction, le nombre de vésicules et la vésicularité peuvent apparaître trompeusement élevés.

On défini la vésicularité d'un verre basaltique comme suit :

verre du volume vésicules des volume vésicules des volume té vésiculari 

Les résultats obtenus à partir de l'étude des images tomographiques (cf. chapitre 2, techniques analytiques), donc directement en 3 dimensions, sont donnés Tableau 11. Le nombre et la gamme de diamètre des vésicules sont aussi reportés dans le tableau. Notons que le diamètre est recalculé à partir du volume mesuré, en considérant des vésicules sphériques, ce qui n'est pas toujours le cas; les diamètres ne sont donc qu'un index du volume des vésicules, sans information de forme.

Figure 48 : vue en 3-dimensions de la vésicularité des échantillons imagés par tomographie. Les vésicules, apparaissent en blanc/grisé et le verre en noir.Noter que les bords cassés des cubes apparaissent également en blanc/grisé car les niveaux de gris des vésicules et de l'air sont identiques, ce qui ne permet pas de les séparer sous ImageJ pour cette représentation en 3-dimensions.

échantillon vés. (%) prof (m) CO2 dans la vés. mol.gmagma^-1 nb. de vésicules mesurées gamme de taille (‡ en μm) CH98DR11⁽¹⁾ 0.5±0.1 -3550 1E-5±0.2 368.8 l.d.-827 RD87DR10⁽¹⁾ 1.9±0.4 -3650 3.7E-5±0.7 654.1 l.d-845 CH31DR01⁽²⁾ 2.7±0.5 -2750 3.7E-5±0.7 2600 l.d.-622 ND21-4⁽¹⁾ 0.5±0.1 -2723 6.8E-6±1.4 4777 l.d.-778 ND12-2⁽¹⁾ 0.04±0.01 -2671 5.8E-7±1.2 2382 l.d.-202 A007⁽³⁾ 19±4 ? ? 696 l.d.-1766 A008⁽³⁾ 24±5 ? ? A012⁽³⁾ 8.3-12.5±2 ? ? 21455 l.d.-984 A022⁽³⁾ 2.6±0.5 ? ? 2736 l.d.-1015

Tableau 11 : vésicularité des échantillons d'étude. La quantité de CO2 présente dans la vésicularité est estimée en utilisant le volume molaire du CO2 à la pression de mise en place de l'échantillon. l.d.=limite de détection soit ⁽¹⁾ 7.4μm pour les échantillons imagés au SLS, ⁽²⁾9μm au laboratoire MATEIS ou ⁽³⁾14μm pour les échantillons islandais imagés au laboratoire MATEIS après un cycle d'érosion-dilatation pour supprimer les fractures (cf. chapitre 2, techniques analytiques, section 2.4). Notons que la vésicularité de A012 mesurée est de 8.3%, elle atteint ~12.5% après correction du volume occupé par les phénocristaux d'olivine (qui occupent environ 1/3 du volume). Par la suite on retiendra la valeur de 12.5%.

Les vésicularités mesurées vont de 0.04 à 24%. L'erreur sur la vésicularité a été estimée à 20% ; elle est liée au choix du niveau de gris de coupure lors du retraitement des images tomographiques; l'erreur devient très faible (de l'ordre de 3%) lorsque les vésicules dépassent 200μm de diamètre, mais cette erreur est volontairement surestimée car la représentativité du volume étudié n'a pas été testée. Des vésicules dont le diamètre est égal à la limite de détection sont toujours observées dans les échantillons, suggérant une nucléation continue. La taille maximale mesurée varie selon les échantillons. L'échantillon ND12-2, issu du Pacifique ne possède pas de vésicules de diamètre supérieur à 200μm; la gamme de diamètre est plus large pour ND21-4, mais seule une vésicule a un diamètre supérieur à 350μm. L'échantillon A007 possède les vésicules les plus volumineuses, mais ce volume est dû à la coalescence récente des vésicules (parfois jusqu'à 10 bulles sont fusionnées). Dans les autres échantillons, le diamètre maximal est de l'ordre de 1mm, quelque soit la profondeur de mise en place. L'échantillon CH98DR11, issu d'une section de ride lente et typique des N-MORB présente la plus faible densité de vésicule (2128 vésicules.cm^-3).

Comparer directement les vésicularités des échantillons est une opération délicate. Lorsque le magma remonte à travers la croute, la vésicularité augmente par décompression des vésicules (le volume molaire augmente) et par exsolution du CO₂ (la solubilité du CO₂

diminue quand la pression baisse). Pour s'affranchir de la variation du volume molaire, on peut par exemple calculer pour chaque échantillon la quantité de CO2 (connaissant le volume molaire du CO2 à la profondeur d'éruption) contenue dans la vésicularité pour un volume de 1 gramme de verre; les verres sont considérés homogènes en densité (2.8g/cm³) et le CO2 se comporte approximativement comme un gaz parfait pour des pressions inférieures à 1kbar. La quantité totale de CO2 présente dans un volume d'un gramme de verre peut être ensuite estimée par addition de la quantité de CO2 dissous dans le verre. Le résultat donne la quantité de CO2 préservée par les différents échantillons.

Ce calcul n'a pas effectué pour les échantillons islandais A007, A008 et A022 car la pression d'éruption est inconnue; de l'eau est probablement présente dans les vésicules de ces échantillons mis en place à faible profondeur, ce qui complique les calculs. Enfin dans les échantillons A007, A008 et A022, le CO2 dissous n'a pas été détecté par FTIR.

échantillon vés. (%) prof (m) A = CO2 dans la vés. mol.g_magma^-1 B = CO2 dissous mol.g_magma^-1 CO2 total (A+B) mol.gmagma^-1

CH98DR11 0.5±0.1 -3550 1±0.2 E-5 4.1±0.3 E-6 1.4±0.2 E-5 RD87DR10 1.9±0.4 -3650 3.7±0.7 E-5 3.7±0.2 E-6 4.1±0.7 E-5 CH31DR01 2.7±0.5 -2750 3.7±0.7 E-5 3.8±0.2 E-6 4.1±0.7 E-5 ND21-4 0.5±0.1 -2723 6.8±1.4 E-6 3.8±0.2 E-6 1.1±0.2 E-5 ND12-2 0.04±0.01 -2671 5.8±1.2 E-7 9.0±0.4 E-6 9.6±0.5 E-6

A012 12.5±2 ? 1.1±0.2 E-5 7.7±3.6 E-7 1.2±0.2 E-5

Tableau 12 : quantité de CO2 contenue dans les échantillons. La quantité contenue dans la vésicularité est estimée en considérant que la pression dans les vésicules équivalait à la pression à la profondeur d'échantillonnage lors de la trempe de l'échantillon (température de transition vitreuse égale à 1000K). La quantité de CO2 dissous a été mesurée par FTIR (cf. Chapitre 5, partie 3)

Comme la pression de mise en place de l'échantillon A012 n'est pas bien contrainte, la quantité de CO2 présente dans la vésicularité de A012 a été estimée à partir de la quantité de CO₂ mesurée par broyage de l'échantillon; cependant une partie de la vésicularité présente dans le fragment de verre utilisé pour l'analyse n'est pas isolée (sur les bords notamment), on a donc approximativement corrigé de cette perte en multipliant la quantité mesurée par le rapport (nombre de moles par gramme de CO₂ calculés pour l'échantillon CH31DR01)/(nombre de moles par gramme mesuré par broyage de l'échantillon CH31DR01). On utilise l'échantillon CH31DR01 en référence, car sa vésicularité est assez élevée, et ses vésicules présentent une grande gamme de diamètres; la quantité mesurée par

broyage est donc probablement plus reproductible pour cet échantillon que pour un échantillon tel que par exemple ND1-4 où la majorité du gaz est concentrée dans de rares vésicules de grand diamètre. Le résultat donne 1.1*10^-5 mol/g de CO2, soit une valeur assez proche de la quantité totale de CO2 des échantillons du Pacifique et de CH98DR11. De plus par produit en croix on peut estimer que la pression dans les vésicules est de 18bars, ce qui voudrait dire que l'échantillon aurait été mis en place sous environ 180 mètres de glace; dans ce cas l'échantillon est sursaturé en CO2.

On constate que la quantité de CO2 retenue dans la vésicularité ne dépend pas que de la profondeur d'éruption. Les deux échantillons possédant le plus de CO2 dans leur vésicularité sont RD87DR10 et CH31DR01. Les vésicules de CH98DR11 et ND21-4 retiennent 3 à 5 fois moins de CO2. Les vésicules de ND12-2 contiennent 10 fois moins de CO2.

La quantité totale de CO2 (dissous+gazeux) varie d'un facteur 5. On note que les échantillons du Pacifique ND12-2 et ND21-4 ont une quantité totale de CO₂ approximativement égale, bien que pour ND12-2 la majorité du CO₂ soit dissoute dans le verre (échantillon sursaturé) tandis que pour ND21-4 la majorité du CO₂ se trouve dans les vésicules. Cette quantité, proche de celle calculée pour les échantillons A012 et CH98DR11, correspond à la solubilité du CO₂ à un peu plus de 2km sous le plancher océanique. Les quantités totales de CO₂ préservées dans les échantillons RD87DR10 et CH31DR01 correspondent quant à elles à la solubilité du CO₂ vers 11km de profondeur. Ces estimations suggèrent une rétention différente des vésicules dans le magma et/ou des concentrations en CO2 initiales différentes dans les magmas. Si la vésicularité des verres est représentative de celle du magma pré-éruptif (ce qui est suggéré par la trempe très rapide de la bordure vitreuse en quelques secondes), une partie des vésicules présentes dans les échantillons RD87DR10 et CH31DR01 s'est formée en profondeur dans la chambre magmatique; pour les autres échantillons, les vésicules peuvent s'être formées pendant la remontée du magma entre la chambre magmatique et le plancher océanique, ou en partie dans la chambre selon que le magma a perdu ou non des vésicules lors de sa remontée.